Le stampanti 3D raggiungono davvero una precisione di 50 micron (0,05 mm)?

Mi sono sempre chiesto quale sia l'effettiva precisione dei dispositivi di stampa 3D. Quando cercavo la macchina perfetta da acquistare, ho esaminato la velocità, il prezzo, i filamenti supportati ecc., Ma anche la precisione. Una volta ho chiesto a qualcuno che potesse darmi qualche consiglio su cosa guardare.

Una delle cose di cui mi è stato detto è che molte stampanti non hanno necessariamente quella pazza precisione di 0,05 mm (50 micron). Un'altra persona mi ha detto qualcosa di diverso: ha detto che la maggior parte di quelle stampanti erano effettivamente in grado di produrre un'altezza dello strato di 50 micron. Com'è davvero?

Un'altra cosa è che le affettatrici ufficiali per quelle macchine affermano anche che questa precisione è reale, ad esempio PrusaSlicer v2.0.

Ci sono molte macchine di fascia alta e molto costose e persino a volte sostengono che la loro risoluzione è peggiore di 50 micron.

Non c'è una risposta semplice a questa domanda, o se c'è, è "no". Tuttavia, la situazione è molto più complicata. Quando le specifiche della stampante indicano una precisione del genere, di solito basano l'affermazione sulla dimensione nominale dei movimenti più piccoli su ciascun asse di un "microstep" dei motori passo-passo. C'è un ottimo articolo su Hackaday che spiega in che modo ciò influisce sull'accuratezza: quanto è preciso il microstepping .

A livello di posizionamento meccanico - posizionando la testina di stampa dove deve essere per estrudere il materiale con la precisione desiderata - esistono almeno questi fattori che limitano la precisione:

• I micropassi sono generalmente distanziati approssimativamente monotonicamente tra interi passaggi, ma non necessariamente suddividono l'intero passaggio in parti pari. La loro efficacia dipende dai driver stepper utilizzati dalla scheda del controller della stampante. Generalmente, i microstep sono 1/16 di un passo (anche se ci sono driver con 1/8, 1/32 o anche 1/256, forse anche altri), quindi se vedi una precisione nominale di 0,05 mm, un intero passo, che potrebbe essere il minimo da cui è possibile ottenere una precisione affidabile, è probabilmente 0,8 mm.

• I motori passo-passo sono leggermente deviati - fino a 2 passi interi ma meno di un passo è più probabile se non sono sovraccarichi - sotto carico. Così sono le cinture. Quanto ti influenza dipende dal design della stampante e dalla quantità di movimento di ciascun asse. Gli estrusori a trasmissione diretta sono molto peggio in questo senso. Le stampanti Delta sono probabilmente le migliori.

Questi possono essere mitigati in qualche modo, con compromessi, usando motori passo-passo con più passi per rotazione, migliori chip driver stepper, riduzione con ingranaggi, ecc.

Inoltre, hai anche l'estrusione e le proprietà del materiale di stampa che limitano la tua precisione:

• Il motore dell'estrusore è soggetto agli stessi problemi di precisione di quelli di posizionamento. Se estrudi troppo o troppo poco materiale ovunque, avrai necessariamente problemi di precisione. È possibile calcolarli in base alla sezione trasversale del filamento, alla dimensione dell'ingranaggio dell'estrusore, al passo del motore dell'estrusore e alla dimensione del microstep, ecc.

• Se il diametro del filamento non è perfettamente coerente, estruderai anche troppo o troppo poco materiale.

• Se il materiale non viene raffreddato o riscaldato in modo appropriato quando viene estruso (questo varia a seconda del materiale), si deformerà, si deformerà o si arriccia, finendo in un posto diverso da dove lo si voleva.

• Più si varia il rapporto tra la larghezza dell'ugello / estrusione e l'altezza dello strato da un rapporto ideale, più la forma dei percorsi del materiale estruso differirà dal modello che si sta tentando di stampare. Con strati spessi in particolare diventeranno arrotondati piuttosto che quasi piatti lungo le pareti.

In teoria, molti di questi problemi potrebbero probabilmente essere mitigati molto meglio di quanto non siano ora semplicemente tagliando meglio - la logica che accade su un computer per convertire il modello 3D originale in istruzioni su dove estrudere il materiale.

Detto questo, puoi ottenere ancora una precisione abbastanza sorprendente, specialmente con una stampante buona o ben sintonizzata. Sul mio economico Ender 3, dopo aver affrontato alcuni problemi di tanto in tanto che rendevano evidentemente evidenti problemi, posso ottenere una precisione dimensionale entro 0,1 mm nelle direzioni X e Y, almeno per alcuni modelli. Quindi penso che sia molto plausibile che una stampante migliore, o meglio ottimizzata, possa ottenere una precisione di 0,05 mm.

Una delle cose di cui mi è stato detto è che molte stampanti non hanno necessariamente quella pazza precisione di 0,05 mm (50 micron). Un'altra persona mi ha detto qualcosa di diverso: ha detto che la maggior parte di quelle stampanti erano effettivamente in grado di produrre un'altezza dello strato di 50 micron. Com'è davvero?

Entrambe le cose che hai letto sono completamente corrette.

La maggior parte delle stampanti sono in grado di raggiungere altezze di strato di 50 micron. Tuttavia, l'altezza dello strato non equivale a "precisione" o "precisione". La specifica dell'altezza del livello è un termine di marketing inutile che dovresti ignorare; l'altezza del livello è per le stampanti 3D quale contrasto dinamico è per i monitor.

Tutte le stampanti FDM sono intrinsecamente piuttosto scarse nel produrre parti con tolleranze strette. Il processo di estrusione del filamento introduce molte variabili difficili da controllare: il diametro del filamento può variare, c'è un ritardo tra l'alimentazione del filamento nell'estrusore e la sua fuoriuscita e il filamento appiccicoso che esce dall'estrusore si comporta in modi imprevedibili.

Nessuno ha capito come quantificare la "precisione" per le stampanti 3D in un modo che si correla con la qualità dei pezzi finiti. È impossibile stabilire quale stampante produca parti "migliori" o più precise dal foglio delle specifiche di una stampante.

Una risoluzione (a volte chiamata "accuratezza" a fini di marketing) di 0,05 mm significa che se si producono un mazzo di dadi da 10 mm e un mazzo di dadi da 10,05 mm, quelli da 10,05 mm saranno statisticamente più grandi. Nota che i dadi non devono essere effettivamente vicini a 10 mm, né un dado casuale dalla pila da 10,05 mm deve essere più grande di un dado casuale dalla pila da 10 mm.

Una ripetibilità (alias "precisione di ripetizione") di 0,05 mm significa che nell'esperimento sopra ogni dado dalla pila da 10,05 mm deve essere più grande di ogni dado dalla pila da 10 mm. Nota che i tuoi dadi non devono ancora trovarsi vicino ai 10 mm effettivi.

Una precisione (nota anche come verità) di 0,05 mm significa che nell'esperimento sopra la dimensione media di un dado da 10 mm dovrebbe essere compreso tra 9,975..10,025 mm. Nota che i singoli dadi non devono trovarsi all'interno di quell'intervallo.

Infine, l' accuratezza generale (come definita nella norma ISO 5725 ) di 0,05 mm significa che ogni matrice da 10 mm deve essere compresa tra 9,975 e 10,025 mm.

Per riassumere, l'affermazione della tua domanda è vera per "l'accuratezza commerciale", ma non per la definizione generale di accuratezza. Ad esempio, ecco un articolo che confronta l'accuratezza delle stampanti 3D nelle applicazioni dentali (quindi stiamo parlando di macchine di fascia alta), con un'accuratezza media che varia da 0,05 a 0,1 mm e un'accuratezza assoluta nell'intervallo da 0,11 a 0 , 17 mm.

La risposta di Tom è corretta, la maggior parte delle stampanti funzionerà correttamente con una risoluzione in altezza dello strato di 50 micron, usando un ugello da 0,4 mm. La finitura superficiale risultante sarà probabilmente migliore rispetto a un'impostazione di livello più grossolana, e ad altezze di strato più fini è probabile che la qualità di stampa peggiori.

È probabile che anche l'altezza dello strato sia abbastanza ben definita (ad eccezione dei primi strati, sporgenze, deformazioni, ecc.), Ma ciò dipende dalla geometria della stampante.

Il dettaglio che non è così ben controllato (o misurato) è lo squish / stretch della plastica fusa mentre viene estruso. Ciò può avere un impatto significativo sulla finitura superficiale localizzata (nonché sulle dimensioni di elementi come i diametri interni).

La precisione può essere valutata meglio dai risultati della stampa di vari tipi di parti di prova piuttosto che da un semplice parametro numerico.